Application Research of Computers 2008 年5 月 人们每时每刻都处在并能看到许许多多的复杂系统, 如蚁群、生态、胚胎、神经网络、人体免疫系统、计算机网络和全球经济系统。所有这些系统中, 众多独立的要素在许多方面进行着相互作用。在每种情况下, 这些无穷无尽的相互作用使每个复杂系统作为一个整体产生了自发性的自组织。霍兰把这类复杂系统称为复杂适应系统。
在霍兰的复杂适应系统理论中, 复杂适应系统被看成是由用规则描述的、相互作用的适应性主体组成的系统 。这些主体不断地学习或积累经验, 并根据学到的经验不断变换其规则、改变自身的结构和行为方式, 从而体现了主体不断适应环境变化的能力。整个宏观系统的演变或进化, 包括新层次的产生、分化和多样性的出现以及新的、聚合而成的、更大的主体的出现等, 都是在这个基础上逐步派生出来的。在复杂适应系统中, 任何特定的适应性主体所处环境的主要部分都由其他适应性主体组成, 复杂适应系统中的主体在与环境的交互作用中遵循一般的刺激—反应模式。所以, 任何主体在适应上所做的努力就是要去适应别的适应性主体。这个特征是复杂适应系统生成的复杂动态模式的主要根源 。
尽管在不同领域中存在着众多的复杂适应系统, 并且每一个复杂适应系统都表现出各自独有的特征, 但随着人们对 复杂适应系统认识的不断深化, 可以发现它们都有四个方面的主要特征。
基于适应性主体
适应性主体具有感知和效应的能力, 自身有目的性、主动性和积极的“活性”, 能够与环境及其他主体随机进行交互作用, 自动调整自身状态以适应环境, 或与其他主体进行合作或竞争, 争取最大的生存和延续自身的利益。但它不是全知全能的或是永远不会犯错失败的, 错误的预期和判断将导致它趋向消亡。因此, 也正是主体的适应性造就了纷繁复杂的系统复杂性。
共同演化
适应性主体从所得到的正反馈中加强它的存在, 也给其延续带来了变化自己的机会, 它可以从一种多样性统一形式转变为另一种多样性统一形式, 这个具体过程就是主体的演化 。但适应性主体不只是演化, 而且是共同演化。共同演化产生了无数能够完美地相互适应并能够适应于其生存环境的适应性主体, 就像花朵靠蜜蜂的帮助来受精繁殖、蜜蜂靠花蜜来维持生命; 共同演化是任何复杂适应系统突变和自组织的强大力量, 并且共同演化都永远导向混沌的边缘。
趋向混沌的边缘
复杂适应系统具有将秩序和混沌融入某种特殊的平衡的能力, 它的平衡点就是混沌的边缘, 也即一个系统中的各种要素从来没有静止在某一个状态中, 但也没有动荡到会解体的地步。一方面, 每个适应性主体为了有利于自己的存在和连续,都会稍稍加强一些与对手的相互配合, 这样就能很好地根据其他主体的行动来调整自己, 从而使整个系统在共同演化中向着混沌的边缘发展; 另一方面, 混沌的边缘远远不止是简单地介于完全有秩序的系统与完全无序的系统之间的区界, 而是自我发展地进入特殊区界。在这个区界中, 系统会产生涌现现象 。
产生涌现现象
涌现现象最为本质的特征是由小到大、由简入繁 。沃尔德罗普认为: “复杂的行为并非出自复杂的基本结构, 极为有趣的复杂行为是从极为简单的元素群中涌现出来的。生物体在共同进化过程中既合作又竞争, 从而形成了协调精密的生态系统; 原子通过形成相互间的化学键而寻找最小的能量形式, 从而形成分子这个众所周知的涌现结构; 人类通过相互间的买卖和贸易来满足自己的物质需要, 从而创建了市场这个无处不见的涌现结构。”涌现现象产生的根源是适应性主体在某种或多种毫不相关的简单规则的支配下的相互作用。主体间的相互作用是主体适应规则的表现, 这种相互作用具有耦合性的前后关联, 而且更多地充满了非线性作用, 使得涌现的整体行为比各部分行为的总和更为复杂。在涌现生成过程中, 尽管规律本身不会改变, 然而规律所决定的事物却会变化, 因而会存在大量的不断生成的结构和模式。这些永恒新奇的结构和模式, 不仅具有动态性还具有层次性, 涌现能够在所生成的既有结构的基础上再生成具有更多组织层次的生成结构。也就是说, 一种相对简单的涌现可以生成更高层次的涌现, 涌现是复杂适应系统层级结构间整体宏观的动态现象。
